[發明專利]一種光學掃描全息三維物體實時識別系統及方法

有效

• 申請號: 202110149175.9
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112947023B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 張亞萍;姚勇偉;許蔚;李重光;張永安;范厚鑫;王斌;張竟原;陳會心
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G03H1/08
• 分類號: G03H1/08;G03H1/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

本發明公開一種光學掃描全息三維物體實時識別系統及方法，包括激光器、空間濾波器、第一透鏡、第一分束鏡、聲光移頻器、第一反光鏡、第一快門、第二反光鏡、第二透鏡、第二快門、第二分束鏡、二維掃描振鏡、物體、第三透鏡、光電探測器、帶通濾波器、乘法器、低通濾波器、計算機、空間光調制器、光致聚合物、第四透鏡、CCD。本發明光學掃描全息在記錄三維物體信息時對系統的穩定性要求較低，且記錄的全息圖信噪比高，能夠提高三維物體的識別效率；本發明減少識別過程對計算機的依賴，且通過實驗實現三維物體的實時識別，增加其應用的可能性；光學掃描全息技術能夠實時記錄三維物體的振幅和相位信息，實現真正意義上的三維物體實時識別。

技術領域

本發明涉及光學掃描全息技術領域，具體涉及一種光學掃描全息(opticalscanning holography)三維物體實時識別系統及方法。

背景技術

三維物體識別技術可用于3D顯微鏡，醫學成像和識別，機器人視覺以及光學遙感等領域，相比傳統二維圖像識別，三維物體識別具有識別靈敏度高的優勢。由于一般的光學系統記錄的物體信息只包含強度信息，而不包含物體相位信息，進而只能對物體二維信息進行處理，因此不能直接實現三維物體的識別。

光學掃描全息(OSH)是由美國弗吉尼亞理工大學Ting-Chung Poon教授等人提出的一種特殊數字全息技術。該技術可以實現非相干實時記錄，通過對物體進行一次二維光學外差掃描即可獲取三維對象的全部數據信息，且OSH可有效避免傳統全息術存在的孿生像、零級斑等問題，具有實時性好、分辨率高等特點。

文獻“Optical image recognition of three-dimensional objects”提出了一種基于雙光瞳光學外差掃描的三維圖像識別技術，并通過仿真的方法驗證所提方法的可行性；文獻“Three-Dimensional Image Matching Using Two-Dimensional OpticalHeterodyne Scanning”利用純相位全息信息和維格納分布進行三維圖像匹配識別，并通過仿真驗證所提方法的可行性。但該過程的數據計算量較大，實驗較為困難，且對計算機的依賴較強。

文獻“基于微透鏡陣列的實時三維物體識別”利用微透鏡陣列多視角成像特點，將三維物體的深度信息轉化為二維透射像陣列的角度信息，并利用光學二維圖像識別技術，實現對三維物體的識別。但該光學系統利用微透鏡成像只是記錄了三維物體的強度信息而未記錄相位信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光學掃描全息三維物體實時識別系統及方法。

為了實現以上發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種光學掃描全息三維物體實時識別系統，沿著光路依次包括：激光器、空間濾波器、第一透鏡、第一分束鏡；

第一分束鏡之后分成兩個光路，即第一透射光路、第一反射光路；沿著第一透射光路依次包括聲光移頻器、第一反光鏡、第一快門；沿著第一反射光路依次包括第二反光鏡、第二透鏡、第二快門；

之后，第一光路和第二光路分別垂直的進入第二分束鏡；

第二分束鏡之后再次分成兩個光路，即第二透射光路、第二反射光路；沿著第二透射光路依次包括空間光調制器、光致聚合物、第四透鏡、CCD；沿著第二反射光路依次包括二維掃描振鏡、物體、第三透鏡、光電探測器；

光電探測器依次連接帶通濾波器、乘法器、低通濾波器；

空間光調制器、CCD、低通濾波器分別與計算機連接。

激光器出射光光軸方向與空間濾波器中心保持一致，空間濾波器與第一透鏡之間的距離為第一透鏡的焦距長；

二維掃描振鏡與第二透鏡之間的距離為第二透鏡的焦距長；

物體和光電探測器分別置于第三透鏡的前焦面和后焦面上；